变压器差动保护的基本原理是什么？

差动保护简介

变压器是许多不同结构中可用的重要系统组件。高压变压器的范围从小型配电变压器（从100 kVA开始）到具有数百MVA的大型变压器。

除了大量的简单的二绕组和三绕组变压器之外，还存在一系列以复绕组和调节变压器形式出现的复杂结构。

差动保护本身可提供快速和选择性的短路保护，或作为Buchholz（气压）保护的补充。

通常应用于大约高于的变压器。1 MVA。在更大的单位以上。5 MVA是标准配置。

1.变压器的等效电路

初级绕组和次级绕组通过磁芯通过主磁通Φ连接起来。图1。要获得磁通，需要根据磁化曲线的励磁电流（励磁电流）I m。

图1 –变压器的等效电路

在等效电路中，该激励要求对应于主电抗X m。漏磁通Φ σ1和Φ σ2仅链接到各自的自己的绕组和构成泄漏电抗X σ1和X σ2 。

[R 1和R” 2是各自的绕组电阻。所有电流和阻抗均参考初级侧。

X m = U / I m对应于磁化曲线的斜率。在负载期间，尤其是在发生短路的情况下，工作点在曲线的陡峭部分处于拐点以下。因此，在负载和短路条件下，可以使用简化的等效电路进行计算（图2）。

图2 –简化的变压器等效电路

的串联电抗X Ť对应于以％表示的短路电压，相对于变压器的标称阻抗：

串联电阻对应于以％为单位的欧姆短路电压，并且还基于标称阻抗。在计算短路电流时，可以忽略电阻，只有在计算直流时间常数时才应考虑。

2.高峰

当给变压器通电时，由于剩磁会导致单向过励磁，从而导致大的励磁电流（冲击电流）流过。

当变压器被关闭，但仍保持在磁通不返回到零剩磁点Φ 雷姆，其可以是上面的标称感应的80％ 。当变压器重新通电时，磁通从此开始增加。根据正弦电压的激励瞬间（波上的点），可能会导致磁通偏移。

曲线形式对应于简单的半波整流AC电流的正弦半波，该电流以非常大的时间常数衰减（下面的图3）。

图3 –浪涌电流的起源

当具有饱和感应系数（1.6至1.8特斯拉）的冷轧钢芯在接近饱和感应系数（约2特斯拉）的条件下工作时，冲击电流特别大。

在三相变压器上，将产生三相冲击电流，这取决于矢量组和变压器上星点接地的方法。

这会导致典型的冲击电流，如图5所示。

可以使用给定的公式根据两个饱和铁心分支A和C 的所需磁化强度（I mA和I mC）计算三相中的冲击电流。因此，相B上的电流对应于三角形绕组I D中的电流。所显示的涌入波形图证实了所计算的曲线。

幅度和时间常数取决于变压器的尺寸（见图4）。

图4 –星三角变压器的典型冲击电流

必须注意的是，当关闭外部短路并通过恢复电压使变压器重新磁化时，也会产生类似的冲击电流。但是，它远小于关闭的变压器通电后的浪涌电流。

图5 –典型的浪涌电流数据

当异步系统通过变压器切换到一起时，也会产生大的冲击电流，因为大的电压差会导致磁芯的瞬态饱和。

3.有同感电流的涌入

当变压器并联连接时，观察到使用中的变压器的差动保护会跳闸。

其原因是有同感的涌入电流，这是由通电的变压器的涌入电流引起的（图6）。

图6 –有同感的浪涌电流

跨入馈线源电阻的初始冲击电流引起的电压降会并联影响第二个变压器，并产生同感的冲击电流（I 2）。

来自系统的电流（I T）迅速衰减。但是，由于阻尼小（绕组的大时间常数τ= X / R），电流仍在两个变压器之间循环。

4.涌入阻塞

涌入电流从单侧流入受保护的对象，并表现为内部故障。因此，必须使变压器差动保护稳定下来以防止这种现象。

为此，常规保护中已经使用了浪涌电流中大量的二次谐波。二次谐波通过滤波器从差分电流（工作电流）中滤出，然后用作测量电桥中的附加抑制电流。

其他制造商直接将100（120）和50（60）Hz的组件与单独的桥式电路进行了比较，然后该桥式电路直接阻止了保护，就像现在在数字保护软件中所做的那样。

浪涌电流中的100（120）Hz分量取决于正弦帽的基本宽度（如图7所示）。

随着基础宽度B的增加，它减小。

研究表明，在实践中几乎不会出现大于240°的基极宽度，这意味着最小二次谐波分量为17.5％。因此，将15％的设置用于涌入阻塞是有意义的。

三次谐波不能用于浪涌阻断，因为当CT饱和发生时，它在短路电流中有很强的表现。

图7 –浪涌电流的谐波含量

通常不应应用比15％的二次谐波更敏感的设置，因为在CT饱和的情况下，偏置短路电流也将具有二次谐波分量。

5.交叉封锁

该功能已经在常规继电器中应用，现在可在所有数字继电器中使用，并且可以根据需要激活。

考虑到各个相中的二次谐波分量是不同的，并且在具有最小分量的相中可能不足以激活阻塞。

6.变压器过剩

如果变压器在过高的电压下运行，则所需的磁化强度也会增加。当励磁曲线上的工作点接近饱和点时，励磁电流急剧上升。随着奇次谐波含量的增加，波形变得越来越失真（如图8所示）。

图8 –变压器过磁时的励磁电流

在大过压的差动保护中，增加的励磁电流表现为跳闸电流。根据变压器的配置，这可能会导致跳闸。

在分接开关出现问题或负载减少后，由于无功潮流的分布，系统中可能会发生过电压。对于具有长行的地理上较大的系统尤其如此。

在给定的时间内，变压器可以承受引起发热的过度励磁，而不会造成损坏。在这段时间内，系统调节必须确保电压回到允许范围内。

仅在不发生这种情况的情况下，才应通过具有U / f依赖时间延迟的特殊过励磁保护来隔离变压器。由于这些条件，必须避免因差动保护而进行快速测量而导致跳闸。

如果过电压非常大，则由于变压器有危险，因此不再需要闭塞。因此，当五次谐波分量高于50 Hz分量的设定比率时，可以再次重新设置阻塞，该比率会随着过电压的增加而增加。

回复者：华天电力

电流差动保护是继电保护中的一种保护。正相序是A超前B,B超前C各是120度。反相序（即是逆相序）是 A 超前C,C超前B各是120度。有功方向变反只是电压和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序。

 　　差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的.差动保护把被保护的电气设备看成是一个接点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

     差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。

 　　差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。

 　　变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器，即：iJ=ibp=iI-iII=0。

 　　如果内部故障，如图ZD点短路，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：iJ=ibp=iI2+iII2。当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。

在正常运行时，变压器高压侧电流和低压侧经变比折祘成高压侧电流，两者是相等的，两个电流同时接入差动继电器，差动继电器不会动作。
当变圧器差动保护范围内故障时，高压侧流过此故障电流，而低压侧没有电流，加入差动继电器的电流不为零，使差动继电器动作，两侧开关跳闸，切除故障，保护变压器。